基质栽培与土壤栽培番茄品质产量的比较研究

刘中良， 高 昕， 张艳艳， 谷端银， 焦 娟， 高俊杰， 刘世琦

(1.泰安市农业科学研究院，山东泰安 271018； 2.山东农业大学经济管理学院，山东泰安 271018；3.山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018； 4.农业部园艺作物生物学重点开放实验室，山东泰安 271018)

我国是世界上番茄栽培面积最大、生产总量最多的国家，常年产量稳定在5 000万t以上[1]。番茄作为我国设施主栽蔬菜作物之一，具有生育期长、需肥量大、产值高等特点，但在其生产中为追求高产量、高效益，而盲目施肥的现象普遍。相关研究表明，设施蔬菜N、P2O5、K2O投入量平均分别超出推荐量的2.5倍、10.4倍和2.5倍[2]。过量施肥导致土壤养分比例失衡，引起蔬菜抗逆性变差，土壤盐渍化、土传病害加重等连作障碍问题致使蔬菜硝酸盐含量超标、品质下降[3]。此外，设施蔬菜生产长期处于高集约化、高复种指数的生产状态，土壤环境缺少雨水淋洗及高温高湿的生态环境，易导致土壤环境恶性循环[4]。化肥过量施肥、农作物秸秆和禽畜粪便已经成为导致我国农业资源环境质量下降的主要因素[5-6]。

我国农业废弃物产量巨大，如何合理利用已成为当前农村经济发展急需解决的问题[7]。基质栽培作为无土栽培的主要形式，可以有效实现农业废弃物高效利用，避免了环境污染。目前，基质栽培广泛采用的是草炭和岩棉，易造成资源浪费、环境污染。农业废弃物基质化利用可有效解决因废弃物造成的环境和社会问题，且来源广泛、价格低廉，成为当前栽培的热点[8-9]。丰军辉等通过调查发现，农村农业废弃物基质化率为15.50%[10]。李天鹏等研究表明，V菇渣∶V蚓粪=8 ∶1适宜番茄育苗[11]。也有研究表明，V菇渣∶V蛭石=(8～4) ∶1适宜番茄育苗[12]。基质栽培不仅提高了资源利用率，利于番茄生长，也显著改善番茄品质，提高产量。王鹏等研究发现，基质栽培可显著提高番茄果实的维生素C、可溶性固形物和可溶性糖的含量，改善口感品质糖酸比，提高产量12.5%～16.8%[13]。王博等研究表明，基质栽培可以提高设施番茄的品质[14]，也可有效克服青枯病等土传病害[15]。关于基质栽培番茄肥水管理亦有报道[16-17]。本研究以前期基质配方研究为基础，开展基质栽培与土壤栽培番茄产量及品质比较研究，为基质栽培示范推广提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄品种为STP-F318，由AWET种子有限公司选育。栽培基质(菌渣、稻壳、牛粪和沙子)由山东农业大学资源与环境学院提供，经充分腐熟后配制，V菌渣∶V稻壳∶V牛粪∶V沙子=4 ∶2 ∶1 ∶1[18]，用量 600 m3/hm2。栽培基质及试验基地土壤理化性状见表1。所需肥料为金正大大量元素水溶肥料(N+P2O5+K2O≥60%，20-20-20+TE)，购于金正大生态工程集团股份有限公司。

1.2 试验设计

试验分别于2017年7月10日至2018年1月24日(秋冬茬)、2018年2月2日至2018年7月15日(早春茬)在山东省泰安市农业科学研究院研究示范基地(泰山示范基地和岱岳示范基地)日光温室中进行，温室长度、跨度和脊高为90 m×12 m×4.8 m。泰山基地秋冬茬番茄土壤栽培和基质栽培分别以TQT、TQJ表示，早春茬以TCT、TCJ表示；岱岳基地秋冬茬土壤栽培和基质栽培分别以DQT、DQJ表示，早春茬以DCT、DCJ表示。番茄种子分别于2017年7月10日至8月25日、2018年2月2日至3月19日穴盘育苗。基质栽培槽长、宽、深分别为8、40、25 cm，槽距1.4 m，栽培槽采用半隔离式，槽边用地膜与土壤隔离，槽底不铺。对照(CK)为种植户常规土壤栽培，栽培模式与基质种植模式一致，每槽种植2行，株距 30 cm，水肥一体化管理。2茬番茄均于5穗果摘心打顶，每穗留4个果，其他均按照常规管理，水溶肥每茬用量为 1 500 kg/hm2。

表1 基质与土壤养分情况

1.3 指标测定

番茄果实指标于山东农业大学园艺科学与工程学院农业部园艺作物生物学重点开放实验室进行测定。待第3穗果成熟时(12月17日、6月22日)，采用LI-6400光合仪，于 10：00—10：30选择顶部往下第5张成熟叶片测定光合速率；同时随机选取10棵20个3穗果测定品质指标。维生素C含量和可溶性糖含量分别采用2，6-二氯靛酚比色法、硫酸-蒽酮比色法测定[19]；采用高效液相色谱法测定番茄红素含量[20]；糖酸比为可溶性糖含量与有机酸含量比值。每次收获计产，累计产量。番茄收益按照当地农贸市场实际收购价计算。

1.4 数据处理

收益公式：

P=Y×I。

式中：P为收益，元/hm2；Y为产量，kg/hm2；I为价格，元/kg。

经济效益公式：

EI=P-FC-SC。

式中：EI为经济效益，元/hm2；Y为产量，kg/hm2；FC为肥料成本，元/hm2；SC为基质成本，元/hm2。

所有试验数据用Excel 2003整理，DPS 7.05软件统计分析，Sigmaplot 14.0软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 基质栽培与土壤栽培对番茄光合速率的影响

净光合速率与产量、品质存在密切关系。各处理番茄的净光合速率如图1所示，TCJ处理净光合速率最大，达到17.53 μmol/(m2·s)，其次是DCJ处理，为17.45 μmol/(m2·s)，二者间无明显差异。此外，基质栽培番茄叶片净光合速率高于同茬土壤栽培净光合速率，表明基质栽培利于提高净光合速率。

2.2 基质栽培与土壤栽培对番茄品质的影响

番茄果实维生素C、番茄红素和可溶性糖含量是重要的品质指标。由表2可知，基质栽培处理改善番茄果实品质，其中维生素C含量以TCJ处理最高，为31.92 mg/100 g，DCJ处理次之，为 31.45 mg/100 g，TCJ处理与除DCJ处理外的其他处理差异显著，且基质栽培处理维生素C含量均高于同茬土壤栽培。番茄红素含量和维生素C含量变化趋势类似，基质栽培番茄果实番茄红素含量较同茬土壤栽培均增加，表明基质栽培对番茄果实番茄红素积累有促进作用，其中DCJ处理番茄红素含量最高，为7.15 mg/100 g。各处理间可溶性糖含量多无显著差异，为1.42%～1.84%。糖酸比是评价番茄果实重要的口感品质，DQJ处理、TQJ处理、TCJ处理和DCJ处理的糖酸比分别为8.23、8.31、8.42、8.54，口感均较佳。此外，无论基质栽培还是土壤栽培，春茬番茄果实糖酸比优于秋茬，这可能与春季随着气温升高，温光适宜番茄生长有关。

2.3 基质栽培与土壤栽培对番茄产量及效益的影响

由表3可知，在泰山基地基质栽培番茄产量较土壤栽培显著提高， 同茬基质栽培较土壤栽培增产8.39%～15.45%，而在岱岳基地DQJ处理较DQT处理有所减产，减产率为 2.08%，DCJ处理产量最高，为192 501.75 kg/hm2。由于基质栽培番茄具有较好口感品质(糖酸比)和外观品相，均价上基质栽培高于土壤栽培0.4～0.5元/kg(市场价格)。从年经济效益上看，2个基地基质栽培均高于土壤栽培，分别达到573 151.84、582 338.11元/hm2，较土壤栽培分别提高 116 083.10、57 003.97元/hm2。

注：同列数据后不同小写字母表示在5%水平差异显著。下同。

表3 基质栽培与土壤栽培对番茄产量及效益的影响

注：肥料成本=1 500 kg/hm2×20元/kg=30 000元/hm2，基质成本=600 m3/hm2×105元/m3=63 000元/hm2，适用3年[21]，即 10 500元/(茬·hm2)。

3 结论与讨论

我国农业废弃物资源数量大、 种类多、分布广，由此引发的环境问题日趋严重，如何实现农业废弃物资源化利用将是一项前景广阔的产业[22]。以往研究主要以还田为主，单一产业处理难以消纳当地所有的农业废弃物[23]。光合速率反映作物利用光能的大小，直接关系作物光合产物的积累。本研究结果表明，基质栽培番茄较土壤栽培可明显提高光合速率，为增产奠定基础，TCJ处理净光合速率最大，为17.53 μmol/(m2·s)。这与基质的生理生化特性相互协调有很大的关系，例如基质栽培通气透水性、水肥利用率高于土壤栽培[24]。以往研究主要是基质处理间对比。毛碧增等研究表明，基质栽培显著提高番茄幼苗的光合速率，有助于培育壮苗[25]。

番茄果实中营养成分的含量决定其口感品质和营养品质。基质栽培明显提高番茄的番茄红素、维生素C和可溶性糖等品质含量，改善番茄糖酸比等口感品质[26-27]。相关研究表明，稻壳分解慢，能显著改善基质的通透性，为作物提供所需养分[28]。腐熟菌渣在腐熟过程中通过微生物降解将有机物向稳定的腐殖质发酵转化[29]。稻壳和菌渣等优化配制基质，能够明显地改善番茄的根际微环境，提高土壤的酶活性和有益微生物数量，提高根系活力，促进养分吸收[30]。本研究发现，基质栽培较土壤栽培番茄各品质指标有明显提高，其中番茄红素含量以DCJ处理最高，为7.15 mg/100 g，维生素C含量以TCJ处理最高，为31.92 mg/100 g，糖酸比以DQJ处理、TQJ处理、TCJ处理和DCJ处理较佳，分别为8.23、8.31、8.42、8.54，均优于土壤栽培。由于本研究中基质原料来源同一批次，关于不同来源的基质对番茄品质的影响有待进一步研究和验证。

本研究结果表明，基质栽培较土壤栽培番茄产量显著提高。除DQJ基质处理外，基质栽培均较土壤栽培增产。王博等研究表明，基质栽培显著提高番茄产量，配方V牛粪∶V玉米杆∶V菇渣∶V草炭∶V蛭石∶V河沙=2.5 ∶2 ∶1 ∶1 ∶1 ∶2.5 的产量最高，为 9 317.89 kg/667 m2[14]。马彦霞通过连续开展了3年的栽培基质研究表明，基质栽培年限越长越不利于番茄植株生长，但对基质酶活性和主要养分的影响较小[31]。本研究下一步将对基质栽培年限对番茄产量、品质的稳定性、年限性及补充率等进行深入研究。综合考虑番茄品质、产量及效益等因素，基质栽培番茄品质较土壤栽培有明显提高，产量、效益增加，总体优于土壤栽培。